JP2010185658A - Method and apparatus for recovering krypton and/or xenon - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的に言って空気分離の分野に関し、詳しく言えば空気分離の酸素製品からのクリプトン及びキセノンからなる群より選ばれる少なくとも1種の希ガスを粗回収することに関する。 The present invention relates generally to the field of air separation, and more particularly to the rough recovery of at least one noble gas selected from the group consisting of krypton and xenon from an oxygen product of air separation.
クリプトンとキセノンは空気中に非常に低い濃度で、一般にそれぞれ約1.14ppm及び約0.087ppm存在する。両者とも有用なガスであり、従って空気分離プロセスにおけるそれらの回収率を最大限にすることは経済的に奨励されるものである。 Krypton and xenon are present in air at very low concentrations, generally about 1.14 ppm and about 0.087 ppm, respectively. Both are useful gases and therefore maximizing their recovery in the air separation process is economically encouraged.
典型的な低温(cryogenic)空気蒸留プロセスにおいて、低圧(LP)蒸留塔の塔底部から取り出される液体酸素(LOX)製品中のクリプトン及びキセノン濃縮物は、酸素よりもずっと揮発性が低い。従って、液体酸素の流量が小さくなればなるほど、この製品中のクリプトンとキセノンはより濃縮される。 In a typical cryogenic air distillation process, krypton and xenon concentrates in liquid oxygen (LOX) products taken from the bottom of a low pressure (LP) distillation column are much less volatile than oxygen. Therefore, the smaller the flow rate of liquid oxygen, the more concentrated the krypton and xenon in this product.
酸素製品の大部分を低圧塔から気相で取り出す低温空気蒸留プロセスでは、気体酸素(GOX)を低圧塔の塔底部よりいくつか上の蒸留段で取り出すことによりその気体酸素でもってクリプトンとキセノンがほとんど失われないように手段を講じることが可能である。これらの塔底ガード段は主として、実質的にキセノンよりも揮発性であるクリプトンの過度の損失を防ぐために用いられる。その場合、空気分離プラントに入ってくるクリプトンとキセノンのほとんど全てを、全酸素流量のうちの非常にわずかな割合である液体酸素製品中に回収することができる。この液体酸素製品をその後処理して、精製した希ガス製品を製造することができる。必要とされるのが主にキセノン製品であるという場合には、塔底ガード段をなしにすることができ、そしてプラントに入ってくるクリプトンの多くとキセノンのほとんど全てをなお依然として回収することができる。 In the low-temperature air distillation process in which the majority of the oxygen product is removed from the low pressure column in the gas phase, gaseous oxygen (GOX) is extracted in a distillation stage several above the bottom of the low pressure column, so that krypton and xenon are with the gaseous oxygen. Measures can be taken so that little is lost. These bottom guard stages are primarily used to prevent excessive loss of krypton, which is substantially more volatile than xenon. In that case, almost all of the krypton and xenon entering the air separation plant can be recovered in a liquid oxygen product which is a very small fraction of the total oxygen flow. This liquid oxygen product can then be processed to produce a purified noble gas product. If what is needed is mainly xenon products, the bottom guard stage can be removed and much of the krypton entering the plant and almost all of the xenon can still be recovered. it can.
蒸留プロセスからの液体酸素の流量がはるかに多い場合、例えば全部の酸素を蒸留塔から液体酸素として抜き出し、ポンプで必要とされる圧力にし、そして主熱交換器で気化させる場合には、クリプトンとキセノンの損失は、液体酸素を希ガス成分が濃縮されている液体流とは別に幾段か上で低圧塔から取り出すとしても、はるかに多くなる。空気分離プラントに入ってくるクリプトンとキセノンの本質的に全ては下降する液でもって低圧塔の下方へ流れて低圧塔の液溜めへ至り、そのため液の抜き出しは、製品として抜き出される全体の液に比例してクリプトンとキセノンの一部を取り出すことになる。これは典型的にはこれらの有用な製品のうちの約30%を失うことになる。 If the flow rate of liquid oxygen from the distillation process is much higher, for example when all oxygen is withdrawn as liquid oxygen from the distillation column to the pressure required by the pump and vaporized in the main heat exchanger, The loss of xenon is much greater even if liquid oxygen is removed from the low pressure column several stages above the liquid stream enriched in the noble gas component. Essentially all of the krypton and xenon entering the air separation plant flows down the low-pressure column into the low-pressure column sump with the descending liquid, so the extraction of the liquid is the entire liquid extracted as a product. In proportion to this, a part of krypton and xenon is taken out. This will typically lose about 30% of these useful products.
従って、酸素製品のうちの少なくとも一部を液体酸素として抜き出す空気分離プラントからのクリプトンとキセノンの回収率を増加させるのが望ましいことである。 Accordingly, it is desirable to increase the recovery of krypton and xenon from an air separation plant that draws at least a portion of the oxygen product as liquid oxygen.
プラントで主要な酸素製品を低圧塔から蒸気として抜き出す場合には、液体酸素製品を上記のように処理することによりクリプトンとキセノンを回収することができる。ところが、ポンプで昇圧される既存の液体酸素サイクルのプラントの場合、全部の酸素製品が低圧塔の塔底部から抜き出されるのが一般的であるから、通常は、濃縮した希ガス成分を有する小さな流れがない。従って、クリプトンとキセノンはとても有用であるから、希ガスの回収系を既存プラントに追加導入できるのも望ましいことである。 When the main oxygen product is withdrawn as vapor from the low pressure column in the plant, krypton and xenon can be recovered by treating the liquid oxygen product as described above. However, in the case of an existing liquid oxygen cycle plant that is pressurized by a pump, it is common that all oxygen products are withdrawn from the bottom of the low-pressure column. There is no flow. Therefore, since krypton and xenon are very useful, it is also desirable to be able to add a rare gas recovery system to an existing plant.
更に、外部供給源からの希ガスを富化した原料流を処理できるキセノン及び/又はクリプトン回収プラントを提供することが望ましい。 Furthermore, it would be desirable to provide a xenon and / or krypton recovery plant that can process a feed stream enriched in noble gases from an external source.
米国特許第4805412号明細書(Colley、1989年2月21日発行)には、クリプトンとキセノンの損失を減少させて空気を低温蒸留するための方法と装置が開示されている。酸素は蒸留装置の低圧塔から抜き出されて、その含有するクリプトン及びキセノン分の抽出のため主クリプトン塔へ供給される。この主クリプトン塔への主な原料は液体酸素の流れであるが、気体酸素の小さな流れも低圧塔から取り出されて圧力調節せずにクリプトン塔へ供給される。低圧塔と主クリプトン塔は実質的に同じ圧力で運転する。クリプトンの減少した塔頂蒸気のうちの一部を凝縮させて、降下する洗浄液として主クリプトン塔へ供給する。 U.S. Pat. No. 4,805,412 (Colley, issued February 21, 1989) discloses a method and apparatus for cryogenic distillation of air with reduced krypton and xenon losses. Oxygen is withdrawn from the low pressure column of the distillation unit and fed to the main krypton column for extraction of its krypton and xenon content. The main raw material for this main krypton column is a flow of liquid oxygen, but a small flow of gaseous oxygen is also taken from the low pressure column and supplied to the krypton column without adjusting the pressure. The low pressure column and the main krypton column operate at substantially the same pressure. A part of the top vapor with reduced krypton is condensed and supplied to the main krypton tower as a descending cleaning liquid.
米国特許第6301929号明細書(Lochner、2001年10月16日発行)には、希ガスの減少した液体酸素流と希ガスを富化した液体酸素流を作る空気分離法が開示されている。これらの二つの液体流を、気体酸素製品圧力で運転する希ガス分離塔へポンプで送る。希ガスの減少した液体酸素流は塔頂部へ還流として送り、希ガスを富化した流れは塔の下方部分へ送る。希ガスの減少した気体酸素製品を塔から塔頂生成物として抜き出し、更に別の希ガスを富化した塔底液流を抜き出す。塔の液溜めにおけるリボイラー/コンデンサーは、ほとんど全ての酸素原料流を気化させる大きさに作られる。酸素原料流が液であるため、リボイラー/コンデンサーは原料の全てを気化させるために大きくなければならない。 U.S. Pat. No. 6,301,929 (Lochner, issued Oct. 16, 2001) discloses an air separation process for producing a rare gas-reduced liquid oxygen stream and a rare gas-enriched liquid oxygen stream. These two liquid streams are pumped to a noble gas separation column operating at gaseous oxygen product pressure. The noble gas reduced liquid oxygen stream is sent to the top of the column as reflux, and the noble gas enriched stream is sent to the lower part of the tower. A gaseous oxygen product depleted in noble gas is withdrawn from the column as a top product, and a further bottom gas stream enriched in another noble gas is withdrawn. The reboiler / condenser in the column sump is sized to vaporize almost any oxygen feed stream. Since the oxygen feed stream is liquid, the reboiler / condenser must be large to vaporize all of the feed.
研究情報開示(Research Disclosure)42517号(1999年9月に匿名で開示)には、酸素製品を塔装置から液体酸素として取り出す空気分離法が開示されている。この液体酸素流をポンプで酸素製品圧力まで昇圧し、そして二つの流れに分ける。第一の流れは希ガス塔の塔頂部へ還流として送り、第二の流れは塔のより下方の部分へ送る。二つの流れの相対的な比率は、塔がメタンを除くことができるように決められる。希ガスの減少した気体酸素製品を希ガス塔から塔頂生成物として抜き出し、また希ガスを富化した塔底液体流を抜き出す。希ガス塔の液溜めにおけるリボイラー/コンデンサーは、ほとんど全ての酸素原料流を気化させる大きさにしなくてはならない。酸素原料流が液であるから、リボイラー/コンデンサーは原料の全てを気化させるために大きくなければならない。 Research Disclosure No. 42517 (disclosed anonymously in September 1999) discloses an air separation method in which oxygen product is taken as liquid oxygen from a tower apparatus. This liquid oxygen stream is pumped to oxygen product pressure and split into two streams. The first stream is sent as reflux to the top of the noble gas tower and the second stream is sent to the lower part of the tower. The relative ratio of the two streams is determined so that the column can remove methane. A gaseous oxygen product with reduced noble gas is withdrawn from the noble gas column as a top product, and a bottoms liquid stream enriched with noble gas is withdrawn. The reboiler / condenser in the noble gas column sump must be sized to vaporize almost any oxygen feed stream. Since the oxygen feed stream is liquid, the reboiler / condenser must be large to vaporize all of the feed.
ドイツ国特許出願公開第19855485号明細書(Lochner、1999年6月10日発行)には、低圧塔で希ガスの減少した液体酸素と希ガスを富化した液体酸素を作る空気分離法が開示されている。これらの二つの液体流をポンプで希ガス塔へ送り、すなわち希ガスの減少した流れは塔頂部へ還流として送り、希ガスを富化した流れは塔の下方部分へ送る。更に、いくらかの気体窒素(GAN)を希ガス塔の塔底部へ加えて塔を降下してくる液のストリッピングを行う。希ガスの減少した気体酸素の塔頂生成物を低圧塔へ戻し、そして希ガスを富化した更に別の液体酸素流を抜き出す。 German Patent Application Publication No. 1855485 (Lochner, issued on June 10, 1999) discloses an air separation method in which a low-pressure column produces liquid oxygen with reduced rare gas and enriched with rare gas. Has been. These two liquid streams are pumped to the noble gas tower, i.e. the reduced noble gas stream is sent to the top of the tower as reflux, and the noble gas enriched stream is sent to the lower part of the tower. In addition, some gaseous nitrogen (GAN) is added to the bottom of the rare gas tower to strip the liquid descending the tower. The noble gas reduced gaseous oxygen top product is returned to the low pressure column and a further liquid oxygen stream enriched in the noble gas is withdrawn.
米国特許第6378333号明細書(Dray、2002年4月30日発行)には、キセノン成分を有する第一の液体酸素流を低圧塔からキセノン濃縮塔の上方部分へ還流として送る空気分離法が開示されている。キセノン濃縮塔では、この液体酸素原料を分離してキセノンに富む塔底液とキセノンの減少した気体酸素の塔頂生成物にする。キセノン成分を有する第二の液体酸素流を低圧塔から抜き出し、昇圧し、そして原料空気の一部分との熱交換で部分的に気化させる。一般に、この部分的な気化から得られる液体分はやはりキセノン濃縮塔へ原料として送られる。 US Pat. No. 6,378,333 (Dray, issued April 30, 2002) discloses an air separation process in which a first liquid oxygen stream having a xenon component is sent as reflux from a low pressure column to the upper portion of a xenon concentrating column. Has been. In the xenon concentrating tower, the liquid oxygen raw material is separated into a tower bottom liquid rich in xenon and a top product of gaseous oxygen reduced in xenon. A second liquid oxygen stream having a xenon component is withdrawn from the low pressure column, pressurized and partially vaporized by heat exchange with a portion of the feed air. In general, the liquid obtained from this partial vaporization is also sent to the xenon concentrating tower as a raw material.
米国特許第5913893号明細書(Garyら、1999年6月22日発行)には、ろ過及び/又は吸着により低温液体、ことに液体ヘリウムを精製する方法が開示されている。不純物が液体からろ過/吸着されるが、それらは有用な製品として利用できるものではない。 US Pat. No. 5,913,893 (Gary et al., Issued June 22, 1999) discloses a method for purifying cryogenic liquids, particularly liquid helium, by filtration and / or adsorption. Although impurities are filtered / adsorbed from the liquid, they are not available as useful products.
米国特許第5039500号明細書(Shinoら、1991年8月13日発行)には、空気分離装置(ASU)から取り出した少量の液体酸素パージ流をガス化し、ガス流をキセノンを選択的に吸着する吸着器を通して送ることが開示されている。キセノンは吸着器の再生工程の際に回収される。パージ流におけるキセノン濃度は約31ppmであり、すなわち空気中のキセノンの濃度の約360倍である。 US Pat. No. 5,039,500 (Shino et al., Issued August 13, 1991) gasifies a small amount of liquid oxygen purge stream taken from an air separation unit (ASU) and selectively adsorbs xenon to the gas stream. Is sent through an adsorber. Xenon is recovered during the adsorber regeneration process. The xenon concentration in the purge stream is about 31 ppm, i.e. about 360 times the concentration of xenon in the air.
特開平9−2808号公報(高野ら、1997年1月7日公開)には、空気分離装置から取り出した少量の液体酸素パージ流をガス化し、ガス流を第一の吸着器(これはキセノンを選択的に吸着する)を通し、そして次に第二の吸着器(これはクリプトンを選択的に吸着する)を通して送ることが開示されている。キセノンとクリプトンはこれらの吸着器の再生工程中に回収される。 In Japanese Patent Laid-Open No. 9-2808 (Takano et al., Published on Jan. 7, 1997), a small amount of liquid oxygen purge flow taken out from an air separation device is gasified and the gas flow is converted into a first adsorber (this is xenon). Are selectively adsorbed) and then passed through a second adsorber (which selectively adsorbs krypton). Xenon and krypton are recovered during the regeneration process of these adsorbers.
クリプトンとキセノンは揮発性が極めて低いため酸素液体中に濃縮することはよく知られている。従って、クリプトンとキセノンを回収するためには液体酸素流を処理することが従来技術における必要条件になっている。従来技術の大部分は、更に、粗回収系がより少なくなるようにクリプトンとキセノンが集められる少量の酸素パージ流をもたらす。高温の製品気体酸素流からクリプトンとキセノンを回収することは上述の従来技術において開示されてはいない。 It is well known that krypton and xenon are very volatile and are concentrated in oxygen liquids. Therefore, treating the liquid oxygen stream is a prerequisite in the prior art to recover krypton and xenon. Most of the prior art also provides a small oxygen purge stream in which krypton and xenon are collected so that there is less crude recovery system. The recovery of krypton and xenon from a hot product gaseous oxygen stream is not disclosed in the prior art described above.
従来技術の方法では、クリプトンとキセノンの回収が求められる場合、希ガスに富む液体酸素パージ流が少量抜き出されるように空気分離装置の低圧塔を設計することが一般に必要である。そのような変更は、必要な設備投資と低圧塔の高さとをかなり増加させるものである。 In the prior art method, when recovery of krypton and xenon is desired, it is generally necessary to design the low pressure column of the air separation unit so that a small amount of a rare gas rich liquid oxygen purge stream is withdrawn. Such changes significantly increase the required capital investment and the height of the low pressure column.
先に例示した従来技術の不都合を克服し(そしてそれにより改良を加え)て、希ガスを富化させた製品(更に処理して精製したクリプトン及び/又はキセノン製品にするために)と純粋な液体酸素製品を、大きなリボイラー/コンデンサーあるいは例えばアルゴンストリッピング塔などの追加機器の資本費と運転費を必要とすることなく製造することのできる空気分離方法を提供することが望ましいことである。 Overcoming the disadvantages of the prior art exemplified above (and adding improvements thereby), pure products enriched with noble gases (to be further processed into purified krypton and / or xenon products) and pure It is desirable to provide an air separation method that can produce liquid oxygen products without the need for capital and operating costs of large reboiler / condensers or additional equipment such as, for example, an argon stripping tower.
発明者らは、キセノンを含有する(そして通常はクリプトンを含有する)蒸気原料のクリプトンとキセノンの濃度が低いとしても、またこの蒸気原料が高圧であったとしても、この蒸気原料を還流液と接触させることによって粗製キセノンの回収を行うことができることを見いだした。クリプトンを回収することもできる。回収した生成物をその後更に処理して、少なくとも一つの精製クリプトン及び/又はキセノン製品を提供してもよい。蒸気原料中のクリプトン及びキセノンとの関連で用いられる「低濃度」あるいは「低い濃度」という表現は、蒸気原料中のクリプトン及びキセノン濃度が従来技術のパージ流におけるよりも低く、しかしながら空気中におけるよりも高いことを意味するものである。 The inventors have determined that the vapor feedstock is the reflux liquid, even if the concentration of krypton and xenon in the vapor feedstock containing xenon (and usually containing krypton) is low or the vapor feedstock is at high pressure. It was found that crude xenon can be recovered by contact. Krypton can also be recovered. The recovered product may then be further processed to provide at least one purified krypton and / or xenon product. The expression "low concentration" or "low concentration" used in the context of krypton and xenon in the steam feed is lower than in the prior art purge stream, however, the krypton and xenon concentration in the steam feed is lower than in the air. Means high.
本発明の第一の側面によれば、酸素と、クリプトン及びキセノンからなる群より選ばれる少なくとも1種の希ガスとを含む混合物から、クリプトン及びキセノンからなる群より選ばれる少なくとも1種の希ガスを回収するための方法が提供される。この方法は、前記混合物又はそれに由来する混合物を希ガス回収系へ供給し、そしてこの希ガス回収系において当該混合物の原料を分離して希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とにすることを含む。この方法は、当該混合物の少なくとも約50モル%を希ガス回収系へ気相でもって供給することを特徴とする。混合物原料を選択的な吸着により分離する場合、混合物原料中のキセノンの濃度は空気中におけるキセノンの濃度の50倍以下である。 According to the first aspect of the present invention, at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon from a mixture containing oxygen and at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon. A method is provided for recovering. This method supplies the mixture or a mixture derived therefrom to a rare gas recovery system, and separates the raw material of the mixture in the rare gas recovery system to enrich the rare gas-reduced gaseous oxygen and rare gas. To include. This method is characterized in that at least about 50 mol% of the mixture is fed in the gas phase to the noble gas recovery system. When the mixture raw material is separated by selective adsorption, the concentration of xenon in the mixture raw material is not more than 50 times the concentration of xenon in air.
本発明は、大部分が酸素であり且つ少なくとも半分が気体である原料混合物を、粗製希ガス回収系へ送ることを必要とする。この粗製希ガス回収系は塔、系統化された塔、熱交換器あるいは吸着器でよいが、回収系の本質がいかなるものであれ、クリプトン及び/又はキセノン成分が濃縮され、そして濃縮された製品(及び精製された酸素製品)が回収される。クリプトンとキセノンに富む小さなパージ流を処理すると言うよりも、本発明の好ましい態様はクリプトンとキセノンの濃度がより低いより大きな気体酸素流を処理しようというものである。 The present invention requires that a feed mixture, mostly oxygen and at least half gas, be sent to a crude noble gas recovery system. This crude noble gas recovery system may be a tower, systematic tower, heat exchanger or adsorber, but whatever the nature of the recovery system is, the krypton and / or xenon component is concentrated and the concentrated product (And purified oxygen product) is recovered. Rather than treating a small purge stream rich in krypton and xenon, a preferred embodiment of the present invention is to treat a larger gaseous oxygen stream having a lower concentration of krypton and xenon.
前記原料は、好ましくは、それが取り出される供給源の、例えばそれがもともとはそこから抜き出される低温空気蒸留塔の圧力より高い圧力にある。原料は、空気分離装置のポンプを使用する液体酸素サイクルから得られる気化した酸素、主熱交換器の高温端側からの気体酸素(場合により圧縮後の)でもよく、あるいは酸素パイプラインからのものでもよい。寒冷及び/又は還流を提供するため液体酸素を粗回収系へ供給してもよい。 Said feed is preferably at a pressure higher than the pressure of the source from which it is removed, for example the cryogenic air distillation column from which it is originally extracted. The feedstock may be vaporized oxygen obtained from a liquid oxygen cycle using an air separation pump, gaseous oxygen from the hot end of the main heat exchanger (possibly after compression), or from an oxygen pipeline But you can. Liquid oxygen may be fed to the crude recovery system to provide refrigeration and / or reflux.
本発明の一つの利点は、酸素を製造する既存のプラントに適用できることである。そのようなプラントは、本発明による粗回収系で、既存の酸素製品流中のクリプトンとキセノンを別途処理することなく回収することができるように容易に改造することができる。 One advantage of the present invention is that it can be applied to existing plants that produce oxygen. Such a plant can be easily modified in a crude recovery system according to the present invention so that krypton and xenon in an existing oxygen product stream can be recovered without separate treatment.
好ましくは、混合物原料のうちの少なくとも90モル%は気体である。より好ましくは、混合物の全部が気体である。 Preferably, at least 90 mol% of the mixture raw material is a gas. More preferably, the entire mixture is a gas.
前記方法は、キセノンを富化した製品、クリプトンを富化した製品、及びキセノンとクリプトンを富化した製品の製造に適用可能である。 The method is applicable to the manufacture of products enriched in xenon, products enriched in krypton, and products enriched in xenon and krypton.
前記方法は、キセノン富化流を希ガス回収系へ供給することを更に含んでもよい。この富化流は少なくとも一部が気体であってもよく、あるいは富化流は液であってもよく、そして前記混合物を生じさせるものとは通常異なる装置である低温空気蒸留装置から取り出すことができる。 The method may further include supplying a xenon enriched stream to a noble gas recovery system. This enriched stream can be at least partially gaseous, or the enriched stream can be liquid and can be removed from a cryogenic air distillation apparatus, which is usually a different device from that which produces the mixture. it can.
混合物は、気体酸素パイプラインから取り出してもよく、その場合それは通常加圧下にあり、そして更に昇圧する必要はなかろう。あるいはまた、混合物は、例えばそれを空気分離装置の低圧塔から取り出す場合には、希ガス回収系へ供給する前に昇圧してもよい。 The mixture may be removed from the gaseous oxygen pipeline, in which case it is usually under pressure and no further pressure will be required. Alternatively, the mixture may be pressurized before being fed to the noble gas recovery system, for example when it is removed from the low pressure column of the air separation unit.
前記方法は、原料空気を低温空気分離装置(ASU)で分離して窒素に富む塔頂蒸気生成物と液体酸素(LOX)にし、この液体酸素の少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素を提供し、そしてこの昇圧液体酸素の少なくとも一部分を少なくとも部分的に気化させて前記混合物原料を提供することを更に含んでもよい。このような方法においては、当該昇圧液体酸素の当該少なくとも一部分の全部を気化させて前記混合物を製造するのが好ましい。混合物原料の圧力は、好ましくは、空気分離装置のうちの前記液体酸素を製造する部分の運転圧力よりも高い。液体酸素流を分割して、おのおのが希ガス回収系への供給前に異なる圧力で気化される少なくとも二つの部分にしてもよい。 The method separates feed air with a cryogenic air separator (ASU) to form a nitrogen-rich overhead vapor product and liquid oxygen (LOX), and pressurizes at least a portion of the liquid oxygen to provide pressurized liquid oxygen. And at least partially evaporating at least a portion of the pressurized liquid oxygen to provide the mixture raw material. In such a method, it is preferable to vaporize all of the at least part of the pressurized liquid oxygen to produce the mixture. The pressure of the mixture raw material is preferably higher than the operating pressure of the part of the air separator that produces the liquid oxygen. The liquid oxygen stream may be divided into at least two parts, each of which is vaporized at different pressures before being fed to the noble gas recovery system.
本発明の一つの態様では、希ガス回収系は気液接触分離装置であり、前記方法は前記混合物原料を当該分離装置で液体酸素と接触させて分離を達成する。 In one embodiment of the present invention, the rare gas recovery system is a gas-liquid contact separation device, and the method achieves separation by contacting the mixture raw material with liquid oxygen in the separation device.
この態様の一つの構成においては、気液接触分離装置は蒸留段のない気液接触塔であり、そして前記方法は混合物原料をこの塔内の液体酸素を通過させて(例えばバブリングさせて)分離を行うことを含む。 In one configuration of this embodiment, the gas-liquid contact separation device is a gas-liquid contact column without a distillation stage, and the method separates the mixture feed through liquid oxygen in the column (eg, bubbling). Including performing.
もう一つの態様では、気液接触装置は蒸留系であり、そして前記方法は分離のために前記混合物をこの蒸留系へ供給して塔頂蒸気としての前記希ガスの減少した気体酸素と、前記希ガスを富化した製品とにし、液体酸素を蒸留系へ還流として供給することを含む。好ましくは、蒸留系へ供給前に混合物を過熱する。 In another embodiment, the gas-liquid contactor is a distillation system, and the process feeds the mixture to the distillation system for separation to reduce the noble gas oxygen as overhead vapor, and A product enriched with noble gases and supplying liquid oxygen as reflux to the distillation system. Preferably, the mixture is heated before being fed to the distillation system.
混合物のうちの少なくとも大部分が蒸留系へ気体の状態で供給されようと液体の状態で供給されようと、希ガスの減少した塔頂生成物は凝縮させ、高い圧力に昇圧し(例えばポンプを使って)、そしてその後再度気化させることができる。 Whether at least a majority of the mixture is fed into the distillation system in a gaseous state or in a liquid state, the reduced overhead product of the noble gas is condensed and increased to a higher pressure (eg, pumped) Use), and then vaporize again.
気液接触分離装置が蒸留系である場合、前記方法は、低温空気分離装置で原料空気を分離して窒素の減少した塔頂蒸気と液体酸素とにし、空気分離装置から液体酸素の流れを取り出し、この液体酸素の流れの少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素の流れを作り、この昇圧液体酸素流を主要部分と副次的部分とに分割し、この主要部分を少なくとも部分的に気化させて前記混合物を提供し、そして液体酸素の前記副次的部分を蒸留系へ還流として供給することを更に含むことができる。好ましくは、前記主要部分の全部を気化させて前記混合物を作る。蒸留系が単一の蒸留塔を含む場合、前記方法は、前記混合物をその塔へ前記希ガスを富化した製品と前記希ガスの減少した液体酸素に分離するため供給し、そして液体酸素の前記副次的部分を当該塔へ還流として供給することを含む。 When the gas-liquid contact separation device is a distillation system, the method uses a low-temperature air separation device to separate the raw air into overhead vapor and liquid oxygen with reduced nitrogen, and the liquid oxygen stream is taken out from the air separation device. , Pressurize at least a portion of the liquid oxygen flow to create a pressurized liquid oxygen flow, divide the pressurized liquid oxygen flow into a main portion and a secondary portion, and at least partially vaporize the main portion. It may further comprise providing the mixture and feeding the secondary portion of liquid oxygen as reflux to the distillation system. Preferably, the main part is vaporized to make the mixture. If the distillation system comprises a single distillation column, the method supplies the mixture to the column for separation into the noble gas enriched product and the noble gas reduced liquid oxygen, and the liquid oxygen Feeding the secondary part to the column as reflux.
気液接触分離装置が蒸留系である場合、前記方法は、原料空気を低温空気分離装置で分離して窒素に富む塔頂蒸気と液体酸素にし、空気分離装置から液体酸素の流れを取り出し、この液体酸素流の少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素の流れを作り、この昇圧液体酸素流の少なくとも一部分を少なくとも部分的に気化させて前記混合物を提供し、前記希ガスの減少した気体酸素の塔頂蒸気のうちの少なくとも一部分を冷媒との間接熱交換により凝縮させて凝縮塔頂生成物を作り、そしてこの凝縮塔頂生成物の少なくとも一部分を蒸留系へ還流として供給することを含むことができる。好ましくは、前記昇圧液体酸素流のうちの前記少なくとも一部分の全部を気化させて前記混合物を作る。蒸留系が単一の蒸留塔を含む場合には、前記方法は前記混合物を前記希ガスを富化した製品と前記希ガスの減少した気体酸素とに分離のためその塔へ供給し、そして前記凝縮した塔頂生成物のうちの少なくとも一部分を当該塔へ還流として供給することを含むことができる。 When the gas-liquid contact separation device is a distillation system, the method separates the raw air with a low-temperature air separation device into a nitrogen-rich top vapor and liquid oxygen, and a liquid oxygen stream is taken out from the air separation device. Pressurizing at least a portion of the liquid oxygen stream to create a pressurized liquid oxygen stream, at least a portion of the pressurized liquid oxygen stream is at least partially vaporized to provide the mixture, and the noble gas reduced tower of gaseous oxygen Condensing at least a portion of the top vapor by indirect heat exchange with a refrigerant to form a condensed top product, and supplying at least a portion of the condensed top product to the distillation system as reflux. . Preferably, all of the at least a portion of the pressurized liquid oxygen stream is vaporized to form the mixture. If the distillation system comprises a single distillation column, the method supplies the mixture to the column for separation into the noble gas enriched product and the noble gas reduced gaseous oxygen, and Feeding at least a portion of the condensed overhead product to the column as reflux may be included.
蒸留系は1以上の蒸留塔を含むことができる。通常、この系は、初期資本投資が少なくなるので塔を1つだけ有するが、状況によっては2つか3つの塔を有する装系が好ましいことがある。 The distillation system can include one or more distillation columns. Typically, this system has only one tower because it reduces initial capital investment, but in some situations, a system with two or three towers may be preferred.
この態様の一つの構成においては、蒸留系は少なくとも1つの高圧(HP)蒸留塔と1つの低圧(LP)蒸留塔を含む。高圧塔と低圧塔はリボイラー/コンデンサーにより熱的に合体される。前記方法は、前記混合物を高圧塔へ供給し、そこでそれを希ガスの減少した塔頂蒸気と希ガスを富化した塔底液とに分離することを含む。希ガスを富化した塔底液は、前記希ガスの減少した気体酸素と前記希ガスを富化した製品とに分離のため、圧力の調節後に低圧塔へ供給される。希ガスの減少した塔頂蒸気は、希ガスを富化した製品との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した希ガス減少塔頂生成物を作り、そのうちの少なくとも一部分を高圧塔へ還流として供給する。高圧塔からの又はそれに由来する液を低圧塔へ還流として供給する。液体酸素を高圧塔へ還流として供給してもよい。還流のための液体酸素は、一般に、低温空気分離装置での原料空気の分離により製造される。高圧塔の再沸は、希ガスを富ませた塔底液を加熱用流体との間接熱交換により少なくとも部分的に気化させることによって行うことができる。 In one configuration of this embodiment, the distillation system includes at least one high pressure (HP) distillation column and one low pressure (LP) distillation column. The high pressure column and the low pressure column are thermally combined by a reboiler / condenser. The method includes feeding the mixture to a high pressure column where it is separated into a noble gas reduced overhead vapor and a noble gas enriched bottom liquid. The column bottom liquid enriched with the rare gas is supplied to the low-pressure column after adjusting the pressure for separation into the gaseous oxygen in which the rare gas is reduced and the product enriched in the rare gas. The noble gas reduced overhead vapor is at least partially condensed by indirect heat exchange with the noble gas enriched product to produce at least partially condensed noble gas reduced overhead product, at least a portion of which. Is fed to the high pressure column as reflux. The liquid from or derived from the high pressure column is fed to the low pressure column as reflux. Liquid oxygen may be supplied to the high pressure column as reflux. Liquid oxygen for reflux is generally produced by separation of raw air in a low temperature air separation device. Re-boiling of the high-pressure column can be performed by at least partially evaporating the column bottom liquid enriched with the rare gas by indirect heat exchange with the heating fluid.
この態様のもう一つの構成においては、蒸留系は少なくとも1つの高圧(HP)蒸留塔、1つの中圧(MP)蒸留塔、及び1つの低圧(LP)蒸留塔を含む。高圧塔と中圧等は第一のリボイラー/コンデンサーにより熱的に合体され、中圧塔と低圧塔は第二のリボイラー/コンデンサーにより熱的に合体される。前記方法は、前記混合物を高圧塔へ供給し、そこでそれを第一の希ガスの減少した塔頂蒸気と第一の希ガスを富化した塔底液とに分離することを含む。第一の希ガスを富化した塔底液は、第二の希ガスの減少した塔頂蒸気と第二の希ガスを富化した塔底液とに分離のため、圧力の調節後に中圧塔へ供給される。第一の希ガスの減少した塔頂蒸気は、第二の希ガスを富化した塔底液との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した第一の希ガス減少塔頂蒸気を作り、そのうちの少なくとも一部分を高圧塔へ還流として供給する。高圧塔からの又はそれに由来する液を中圧塔、低圧塔、又は両者へ還流として供給する。第二の希ガスの減少した塔頂蒸気は、前記希ガスの減少した気体酸素と前記希ガスを富化した製品とに分離のため、低圧塔へ供給される。第二の希ガスの減少した塔頂蒸気は、前記希ガスを富化した製品との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した第二の希ガス減少塔頂蒸気を作り、そのうちの少なくとも一部分を中圧塔へ還流として供給する。中圧塔からの又はそれに由来する液を低圧塔へ還流として供給する。この方法は、液体酸素を高圧塔へ還流として供給することを更に含むことができる。この還流のための液体酸素は、好ましくは、原料空気の低温分離により製造される。 In another configuration of this embodiment, the distillation system includes at least one high pressure (HP) distillation column, one medium pressure (MP) distillation column, and one low pressure (LP) distillation column. The high pressure column and the medium pressure are thermally combined by the first reboiler / condenser, and the medium pressure column and the low pressure column are thermally combined by the second reboiler / condenser. The method includes feeding the mixture to a high pressure column where it is separated into a first noble gas reduced overhead vapor and a first noble gas enriched bottom liquid. The bottom liquid enriched with the first noble gas is separated into the top vapor reduced in the second noble gas and the bottom liquid enriched in the second noble gas. Supplied to the tower. The first noble gas reduced top vapor is at least partially condensed by indirect heat exchange with the second noble gas enriched bottom liquid and at least partially condensed first noble gas reduction. The top vapor is made and at least a part of it is fed back to the high pressure column. The liquid from or derived from the high pressure column is fed as reflux to the intermediate pressure column, the low pressure column, or both. The second rare gas-depleted overhead vapor is supplied to the low pressure column for separation into the rare gas-depleted gaseous oxygen and the rare gas-enriched product. The second noble gas-reduced overhead vapor is at least partially condensed by indirect heat exchange with the noble gas-enriched product and at least partially condensed. And at least a portion thereof is fed to the medium pressure tower as reflux. The liquid from or derived from the medium pressure column is fed to the low pressure column as reflux. The method can further include supplying liquid oxygen as reflux to the high pressure column. The liquid oxygen for this reflux is preferably produced by low temperature separation of the feed air.
この態様の更に別の構成においては、蒸留系は少なくとも第一の蒸留塔と第二の蒸留塔を含み、第一及び第二の塔は同じ圧力で運転する。この方法は、前記混合物を希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とに分離のため第一の塔へ供給し、前記混合物を希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とに分離のため第二の塔へ供給し、液体酸素を第一の塔へ還流として供給し、そして第一の塔からの希ガスを富化した製品及び液体酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の液を第二の塔へ還流として供給することを含む。この方法は、前記昇圧した混合物の流れを2つの等しい部分に分割して、各塔へ1つの部分を供給することを更に含むことができる。 In yet another configuration of this embodiment, the distillation system includes at least a first distillation column and a second distillation column, the first and second columns operating at the same pressure. In this method, the mixture is supplied to a first column for separation into a rare gas-reduced gaseous oxygen and a rare gas-enriched product, and the mixture is enriched in a rare-gas-reduced gaseous oxygen and a rare gas. From the group consisting of a product enriched with noble gas from the first column and liquid oxygen. Feeding at least one selected liquid to the second column as reflux. The method may further comprise dividing the pressurized mixture stream into two equal parts and feeding one part to each column.
もう一つの態様では、気液接触分離装置は少なくとも1つの熱交換器である。このような態様においては、前記方法は、前記混合物を当該1つの又は各熱交換器の底部へ供給し、当該1つの又は各熱交換器の通路を上昇してくる当該混合物の一部分を冷媒との間接熱交換により凝縮させ、そして通路において上昇してくる混合物を降下してくる凝縮した混合物と接触させてデフレグメーションによる分離を行うことを含む。好ましくは、間接熱交換は当該1つの又は各熱交換器の上方部分で行う。当該1つの又は各熱交換器は、希ガスを富化した製品を第一の加熱用流体との間接熱交換により少なくとも部分的に気化させることにより再沸させてもよい。前記方法は、第二の加熱用流体との当該1つの又は各熱交換器内での間接熱交換により前記希ガスの減少した気体酸素を周囲温度に加温し、この熱交換を前記凝縮した混合物を作るための熱交換より上方で行うことを更に含むことができる。 In another embodiment, the gas-liquid contact separation device is at least one heat exchanger. In such an embodiment, the method supplies the mixture to the bottom of the one or each heat exchanger, and a part of the mixture ascending the passage of the one or each heat exchanger as a refrigerant. By indirect heat exchange, and contacting the ascending mixture with the descending condensed mixture to effect defragmentation separation. Preferably, indirect heat exchange takes place in the upper part of the one or each heat exchanger. The one or each heat exchanger may be reboiled by at least partially vaporizing the product enriched with the noble gas by indirect heat exchange with the first heating fluid. The method warms gaseous oxygen depleted in the noble gas to ambient temperature by indirect heat exchange with the second heating fluid in the one or each heat exchanger and condenses the heat exchange. It can further include performing above the heat exchange to make the mixture.
第三の態様では、希ガスの回収系は吸着装置であって、前記方法は前記混合物原料を吸着装置において希ガスの選択的吸着剤物質と接触させることを含む。この方法は、圧力スイング吸着(PSA)法かあるいは温度スイング吸着(TSA)法のいずれかでよく、両方とも当該技術分野ではよく知られている。 In a third aspect, the rare gas recovery system is an adsorber, and the method includes contacting the mixture feedstock with a noble gas selective adsorbent material in the adsorber. This method may be either a pressure swing adsorption (PSA) method or a temperature swing adsorption (TSA) method, both of which are well known in the art.
混合物原料中のキセノンの濃度は、空気中のキセノンの濃度の50倍以下、好ましくは20倍以下、最も好ましくは約5倍である。 The concentration of xenon in the mixture raw material is 50 times or less, preferably 20 times or less, and most preferably about 5 times the concentration of xenon in the air.
この分離は通常は粗分離であり、前記希ガスを富化した製品は、精製したキセノン製品、精製したクリプトン製品、そして精製したクリプトン及びキセノン製品からなる群より選ばれる少なくとも1つの製品を製造するため、更に処理してもよい。そのような更なる処理工程は当該技術分野においてよく知られており、それには希ガスを富化した製品を燃焼させて炭化水素化合物を取り除き、それにより得られた製品をその後蒸留により更に精製することが含まれる。 This separation is usually a crude separation, and the noble gas enriched product produces at least one product selected from the group consisting of purified xenon products, purified krypton products, and purified krypton and xenon products. Therefore, it may be further processed. Such further processing steps are well known in the art and include burning the noble gas enriched product to remove hydrocarbon compounds and further purifying the resulting product by subsequent distillation. It is included.
液体酸素又は気体酸素原料流から希ガス回収装置への、あるいは中間製品又は最終の液体酸素もしくは気体酸素流からの、炭化水素化合物、二酸化炭素及び/又は亜酸化窒素を除去するために、更に別の吸着器を少なくとも1つ使用してもよい。 In order to remove hydrocarbon compounds, carbon dioxide and / or nitrous oxide from the liquid oxygen or gaseous oxygen feed stream to the noble gas recovery unit or from the intermediate product or the final liquid oxygen or gaseous oxygen stream. At least one adsorber may be used.
本発明の第二の側面によれば、酸素とクリプトン及びキセノンからなる群より選ばれる少なくとも1種の希ガスとを含む混合物からクリプトン及びキセノンからなる群より選ばれる少なくとも1種の希ガスを第一の側面により回収するための装置が提供され、この装置は、原料空気を窒素に富む塔頂蒸気と液体酸素とに分離するための低温空気分離装置、この液体酸素のうちの少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素を提供するための昇圧手段、この昇圧液体酸素のうちの少なくとも約50モル%を気化させて前記混合物を提供するための気化手段、そしてこの混合物を分離して希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とに分離するための希ガス回収系、を含む。 According to the second aspect of the present invention, at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon is obtained from a mixture containing oxygen and at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon. An apparatus for recovering according to one aspect is provided, the apparatus comprising a cryogenic air separation device for separating feed air into nitrogen-rich overhead vapor and liquid oxygen, and boosting at least a portion of the liquid oxygen. Pressurizing means for providing pressurized liquid oxygen, vaporizing means for vaporizing at least about 50 mol% of the pressurized liquid oxygen to provide the mixture, and reducing the rare gas by separating the mixture A rare gas recovery system for separating the gaseous oxygen and the product enriched with the rare gas.
希ガス回収系は、蒸留段のない気液接触塔でよい。前記混合物を、そのような塔内の液体酸素を通過(例えばバブリング)させる。 The rare gas recovery system may be a gas-liquid contact tower without a distillation stage. The mixture is passed (eg, bubbled) through liquid oxygen in such a column.
希ガス回収系は、蒸留系であってもよい。そのような装置は、前記混合物を蒸留系へ供給する前にそれを過熱するための手段を更に含んでもよい。この装置は更に、前記昇圧液体酸素のうちの一部分を前記昇圧手段(例えばポンプ)から前記気化手段へ供給するための管路手段と、前記昇圧液体酸素のうちの残りの部分をポンプから蒸留系へ還流として供給するための更に別の管路手段とを含んでもよい。この装置は更に、前記希ガスの減少した気体酸素塔頂生成物のうちの一部分を冷媒との熱交換で少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した希ガス減少気体酸素塔頂生成物を提供するための熱交換手段と、この少なくとも部分的に凝縮した塔頂生成物のうちの少なくとも一部分を前記蒸留系へ還流として供給するための手段を含んでもよい。 The rare gas recovery system may be a distillation system. Such an apparatus may further comprise means for superheating the mixture before feeding it to the distillation system. The apparatus further includes a conduit means for supplying a portion of the pressurized liquid oxygen from the boosting means (eg, pump) to the vaporizing means, and a remaining portion of the pressurized liquid oxygen from the pump to the distillation system. And further conduit means for feeding as reflux. The apparatus further includes at least partially condensed a noble gas reduced gaseous oxygen overhead product by at least partially condensing the rare gas reduced gaseous oxygen overhead product by heat exchange with a refrigerant. And a means for supplying at least a portion of the at least partially condensed overhead product as reflux to the distillation system.
希ガス回収系が蒸留系である好ましい態様では、前記装置は更に、混合物を希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とに分離するための第一の蒸留塔、この第一の蒸留塔と同じ圧力において混合物を希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とに分離するための第二の蒸留塔、第一の蒸留塔へ液体酸素を還流として供給するための管路手段、そして第一の蒸留塔からの希ガスを富化した製品及び液体酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の液を第二の蒸留塔へ還流として供給するための管路手段を含むことができる。 In a preferred embodiment where the noble gas recovery system is a distillation system, the apparatus further comprises a first distillation column for separating the mixture into noble gas depleted gaseous oxygen and noble gas enriched product. A second distillation column for separating the mixture into a rare gas-reduced gaseous oxygen and a rare gas enriched product at the same pressure as the first distillation column, to supply liquid oxygen as reflux to the first distillation column And means for supplying at least one liquid selected from the group consisting of a product enriched with a rare gas from the first distillation column and liquid oxygen to the second distillation column as reflux. Can be included.
希ガス回収系は、デフレグメーションにより混合物を分離するための少なくとも1つの熱交換器でもよい。前記装置は更に、上昇してくる混合物を冷媒との間接熱交換により凝縮させるため当該1つの又は各熱交換器の上方部分に設けられる第一の熱交換手段を含むことができる。前記装置は更に、希ガスを富化した製品を第一の加熱用流体との間接熱交換により気化させるための、例えば当該1つの又は各熱交換器の上方部分に設けられる、第二の熱交換手段を含むことができる。前記装置は更に、希ガスの減少した気体酸素を第二の加熱用流体との間接熱交換により周囲温度に加温するため、当該1つの又は各熱交換器の前記第一の熱交換手段より上方に設けられる第三の熱交換手段を含むことができる。 The noble gas recovery system may be at least one heat exchanger for separating the mixture by defragmentation. The apparatus may further comprise a first heat exchange means provided in the upper part of the one or each heat exchanger for condensing the rising mixture by indirect heat exchange with the refrigerant. The apparatus further comprises a second heat, for example provided in the upper part of the one or each heat exchanger, for evaporating the product enriched with the noble gas by indirect heat exchange with the first heating fluid. Exchange means can be included. The apparatus further heats the gaseous oxygen reduced in noble gas to ambient temperature by indirect heat exchange with a second heating fluid, and therefore from the first heat exchange means of the one or each heat exchanger. Third heat exchange means provided above may be included.
図1−Aを参照すれば、2塔式空気分離装置の低圧塔10から液体酸素が流れ100として抜き出される。この液体酸素流100は液体酸素ポンプ12により移送されて、2塔式空気分離装置に入った本質的に全部のクリプトンとキセノンを含有しているポンプ移送液体酸素流102を提供する。この液体酸素中のクリプトン及びキセノン濃度は、流れ100の流量が一般的に空気分離装置の原料空気流量の20%であるので、大気中におけるそれよりも約5倍高い。ポンプ移送液体酸素流102は二つの部分に分割される。主要部分106は、熱交換器14において凝縮する圧縮空気流130との熱交換で気化して少なくとも0.9のクオリティー(quality)(すなわち流れのうちの90%が気体)にされる。理想的には、主要部分106は完全に気化されて且つわずかに過熱される。その結果得られる気化した流れ108を単一の粗製希ガス回収塔16の下方帯域へ送る。ポンプ移送液体酸素のうちの副次的部分104は、還流として塔106の塔頂部へ送られる。還流の流れ104の流量はクリプトンとキセノンの所望の回収率により決定される。
Referring to FIG. 1-A, liquid oxygen is withdrawn as a
粗製物蒸留塔16では、流れ110として抜き出され熱交換器14で加温されて気体酸素流112を提供する希ガスの減少した塔頂気体酸素と、製品流120として抜き出され既知の方法により更に精製してもよい希ガスを富化した塔底液とへの分離が行われる。
In the
熱交換器14では、液体酸素流106を圧縮原料空気流130との熱交換(とは言え、例えば高圧窒素などのそのほかの加圧された流れを代わりに使用してもよい)で加温し気化させる。圧縮原料空気流130のうちの大部分は熱交換器14から液化空気の流れ136として抜き出されるが、一部分132が熱交換器14から抜き出されて粗製物塔のリボイラー18で液化され、液体空気の更なる流れ134をもたらす。これら二つの液化空気流を一緒にし、そして一緒にした流れ138を空気分離装置の2塔式の系へ供給する。
In the
リボイラー18用の加熱用流体が熱交換器14で沸騰する液体酸素により凝縮される流体と同じ組成を持つべきことは、本発明にとって必要でないことに注目すべきである。その上、リボイラー18は、図示のように塔の液溜めではなく塔16の外部に設けてもよい。更に、リボイラー18を塔16の外部に設ける場合には、それに塔16からの液を直接供給してもよく、あるいはそれを塔16からの液が供給される容器内に位置させてもよい。酸素原料流108が十分に過熱されているとすれば、塔16はリボイラーを必要としなくてもよいことにも注目すべきである。この場合、降下してくる還流液は原料流108の過熱を減らすことで主として気化される。
It should be noted that it is not necessary for the present invention that the heating fluid for the
塔16内におけるより大きな還流流量は、洗浄処理用の酸素蒸気からクリプトン及びキセノン成分をより容易に洗い出す。上述のとおり、流れ108は完全に気体であるべきことが好ましい。これの一つの理由は、流れ108中のいずれの液もリボイラー18で気化させなければならず、これはリボイラーの大きさを大きくするのを必要とするからである。
The larger reflux flow in the
粗製物塔18は2つの蒸留部分を持つよう示されている。上方の部分では、クリプトンとキセノンを還流液により洗浄処理用のガスから洗い流す。下方の部分は任意的なものであり、塔底液中のクリプトンとキセノンの濃度を上昇させるのに役立つ。粗製物塔のための還流は液体酸素原料流104により供給されるものとして図示されてはいるが、この還流源は、適当な冷媒により運転される塔のコンデンサーを使って補い、あるいは代替することができる。
The
基本的に、塔16は蒸留段を少しも必要としない。酸素原料流108を、塔16の液溜めの液を通してバブリングさせてもよい。酸素原料中のキセノンの多くが液溜めの液へ移動する。酸素原料108が二相である場合には、原料中のキセノンの大部分は液相中にある。とは言え、リボイラーに加えて、少なくとも1つの蒸留段のあることは、非常に好ましいことである。
Basically,
酸素原料流108がそこから生じるものとは異なる蒸留塔からやってくることができる任意的な希ガス富化流140を、塔16へ供給してもよい。一般に、流れ140は、存在するならば、別の空気分離プラントからの希ガスに富むパージ流でよく、そしてそれは液であってもよく、あるいは少なくとも一部分気体であってもよい。この任意的な希ガス富化原料流は、本発明のいずれの態様にも適用可能である。
An optional noble gas enriched
図1−Bに示した方法は、図1−Aに示したものと同様であり、対応するものには同じ番号を付してある。 The method shown in FIG. 1-B is the same as that shown in FIG. 1-A, and corresponding parts are given the same numbers.
粗製物蒸留塔16において、希ガスの減少した塔頂気体酸素と、製品流120として抜き出されそして既知の方法により更に精製することができる希ガスを富化した塔底液への分離を行う。希ガスの減少した塔頂気体酸素は塔頂コンデンサー20で凝縮される。得られた液のうちの一部分109を蒸留塔16へ還流として戻し、残りの部分111はポンプ13で高圧(好ましくは臨界点を超える)にし、気化させ(臨界点未満の場合)、そして熱交換器14で加温して気体酸素流112を提供する。この気体酸素流の加温(及び気化(これを行う場合))は、主として圧縮空気流160でなされ、そしてそれは冷却(及び凝縮(臨界点未満の場合))されて空気分離装置の2塔式の系に供給される流れ162を生じさせる。
In the
熱交換器14では、液体酸素流106を圧縮された原料又はリサイクル空気流130(その代わりにほかの昇圧流、例えば高圧窒素などを使用してもよいが)で加温及び気化させる。圧縮空気流130の大部分は液化空気の流れ136として熱交換器14から抜き出されるが、一部分132を熱交換器14から抜き出し粗製物塔リボイラー18で液化させて液化空気の更なる流れ134を提供する。2つの液化空気流を一緒にし、そして一緒になった流れ137を減圧して蒸留塔16の塔頂コンデンサー20へ供給する。ここでそれを部分的に気化させて蒸気流150を提供し、そしてこれを熱交換器14で加温して流れ152を作る。残りの液138は空気分離装置の2塔式の系へ供給される。蒸気流152を再度圧縮して圧縮空気原料流130の全部又は一部を作ってもよい。
In the
リボイラー18用の加熱用流体が熱交換器14で沸騰する液体酸素又はコンデンサー20用の冷却用流体により凝縮される流体と同じ組成を持つべきことは、本発明にとって必要でないことに注目すべきである。コンデンサー20は塔に位置する必要はなく、その役目は主熱交換器14で行ってもよい、と言うことにも注目すべきである。
It should be noted that it is not necessary for the present invention that the heating fluid for
次に図2−Aを参照すると、ポンプ移送液体酸素空気分離装置のコールドボックス20から液体酸素の流れ200が抜き出され、液体酸素ポンプ22で移送されてポンプ移送される液体酸素流を提供し、これは2つの部分に分けられる。主要な部分はコールドボックス20内で気化されて高温の昇圧気体酸素の流れ204を提供する。この流れは、ポンプ移送液体酸素空気分離装置に入ってきたクリプトンとキセノンの大部分を含有している。気体酸素中のクリプトンとキセノンの濃度は、流れ200の流量が一般的に空気分離装置の原料空気流量の20%であるので、大気中におけるよりも約5倍高い。気体酸素流204は熱交換器24で冷却されてクオリティーが少なくとも0.9である流れ208を提供する。理想的には、流れ208は過熱されるべきである。流れ208は、単一の粗製希ガス回収塔26の下方部分へ供給される。ポンプ22からのポンプ移送される液体酸素流のうちの残りの部分202は随意に熱交換器29で加温され、そして流れ203として塔26の塔頂部へ供給されて還流と寒冷を提供する。
Referring now to FIG. 2-A, a
粗製物蒸留塔26において、流れ210として取り出され熱交換器24で加温されて気体酸素製品流212を提供する希ガスの減少した塔頂気体酸素と、製品流220として抜き出され既知の方法により更に精製してもよい希ガスを富化した塔底液とへの分離がなされる。
In the
ポンプ移送液体酸素空気分離装置の圧縮原料空気のうちの副次的な部分230を熱交換器24で冷却し、そして冷却した流れ232をリボイラー28へ供給してそこで凝縮させる。凝縮した空気の流れ234は、随意に過冷却器29で液体酸素流202と熱交換後に、ポンプ移送液体酸素空気分離装置へ戻される。リボイラー28は塔26の外部にあってもよく、場合により所望ならばそれ自身の容器内にあってもよい。流れ230は増圧した空気流である必要はない。任意の適当な昇圧流(例えば増圧した窒素)を使ってリボイラー28の加熱負荷を提供することができる。更に、リボイラーの加熱用負荷を提供する増圧した流れは、交換器24で冷却される高温流でなく、主空気分離装置30からの低温流としてリボイラーへ直接供給してもよい。交換器24には、それに関係するそのほかの流れがあってもよく、例えば、流れ220を更に精製する前に当該交換器で気化させ加温してもよい。
A
還流の流れ203の流量は、クリプトン及びキセノンの所望の回収率により決定される。図1におけるように、流れ208中のいずれの液もリボイラー28で気化させなくてはならず、そしてこれはリボイラーを大きくするのを必要とするので、流れ208は完全に気体であるのが好ましい。
The flow rate of
塔26は、2つの蒸留部分を持つとして図示されている。上方の部分では、洗浄処理用のガスから還流液によってクリプトンとキセノンを洗い出す。下方の部分は任意的なものであって、塔底液中のクリプトンとキセノンの濃度を上昇させるのに役立つ。粗製物塔のための還流は液体酸素原料流203として示されてはいるが、この還流源は、適当な冷媒により運転される塔のコンデンサーを使って補い、あるいは代替することができる。
この図から、本発明が既存のポンプ移送液体酸素空気分離装置に対し単純な改造でクリプトン及びキセノン回収系を組み込むのに適していることを容易に理解することができる。気体酸素流204と圧縮原料空気流230はともに高温の流体であり、従ってそのような改造に容易に利用しやすい。還流及び冷却用の液体酸素流202は、コールドボックス外で液体酸素ポンプ22の吐出管路に接続することにより容易に供給される。粗製物回収装置で液化される圧縮空気は管路234として空気分離装置のコールドボックスへ送られる。この流れを空気分離装置の主液化圧縮原料空気流と一緒にするための経路を容易に定めるようにコールドボックスを設計するのは簡単である。従って、希ガス回収系を取り付ける改造を最小限の初期資本投資で容易に利用することができる。
From this figure it can be readily seen that the present invention is suitable for incorporating a krypton and xenon recovery system with a simple modification to an existing pumped liquid oxygen air separation unit. Both the
図2−Bに示した方法は、図2−Aに示したそれと同様であり、対応するものには同じ番号を付してある。ポンプ移送液体酸素空気分離装置のコールドボックス20から液体酸素の流れ200を抜き出し、液体酸素ポンプ22でポンプ移送液体酸素流を提供し、これを2つの部分に分ける。主要な部分はコールドボックス20内で気化して高温の昇圧気体酸素の流れ204を提供し、そしてこれは超臨界圧力にあってもよい。この流れはポンプ移送液体酸素空気分離装置に入ってきたクリプトンとキセノンの大部分を含有している。気体酸素中のクリプトンとキセノンの濃度は、流れ200の流量が一般的に空気分離装置の原料空気流量の20%であるので、大気中におけるよりも約5倍高い。気体酸素流204は熱交換器24で冷却(及び臨界未満の場合には凝縮)されて、液体か又は超臨界の緻密相の流れである流れ205を提供する。流れ205のうちの一部分250は液体酸素流202と混合され、残りの部分207は減圧され、熱交換器24において主として凝縮する圧縮空気流230により気化されて、クオリティーが少なくとも0.9である流れ208を形成する。理想的には、流れ208は過熱されるべきである。流れ208は、単一の粗製希ガス回収塔26の下方部分へ供給される。ポンプ22からのポンプ移送液体酸素流のうちの残りの部分202は随意に熱交換器24で加温され、減圧されて、流れ203として塔26の塔頂部へ供給されて還流と寒冷を提供する。
The method shown in FIG. 2-B is the same as that shown in FIG. 2-A, and corresponding parts are given the same numbers. A
粗製物蒸留塔26では、流れ210として取り出される希ガスの減少した塔頂気体酸素と、製品流220として抜き出され既知の方法により更に精製してもよい希ガスを富化した塔底液とへの分離がなされる。気体酸素流210は熱交換器24で凝縮され、ポンプ23で昇圧され、そしてポンプ移送される流れ211が熱交換器24で主として流入してくる気体酸素流204により再加温(及び臨界未満である場合には気化)されて気体酸素製品流212を提供する。流れ212の圧力は流れ204と同様であり、そしてこれらの流れが超臨界である場合には、より高くなることができる。
In the
ポンプ移送液体酸素空気分離装置の圧縮原料空気の流れ230は、2つの部分、すなわち副次的な部分231と主要な部分260に分けられる。流れ231は熱交換器24で冷却され、そして冷却された流れ232がリボイラー28に供給されて、そこでそれは凝縮されて流れ234を生じさせる。流れ260は熱交換器24で、主として気化する酸素流207により冷却及び凝縮されて、流れ262を形成し、そしてこれは流れ234と混合され、減圧されて流れ264を生じさせる。この流れは熱交換器24で、主として凝縮する気体酸素流210と冷却する空気流260及び261により、気化及び加温されて流れ266を形成する。リボイラー28は塔26の外部にあってもよく、場合により所望ならばそれ自身の容器内にあってもよい。戻りの空気流266は原料流230よりも低い圧力にあり、そして別個の圧縮機(図示せず)で再昇圧して流れ230の全部又は一部分を形成してもよく、あるいは図示のように、流れ230を抜き出す段268の後の圧縮段270の吸込み側へ戻してもよい。流れ230は圧縮機268を通り抜ける流量の大部分であり、そのためその後の圧縮段270へ直接進む残りの部分の圧力を低下させることにより引き起こされる効率の悪さはほとんどない。
The compressed
この図から、本発明が既存のポンプ移送液体酸素空気分離装置に対し単純な改造でクリプトン及びキセノン回収系を組み込むのに適していることを、やはり容易に理解することができる。気体酸素流204と圧縮原料空気流230と戻りの空気流266は全て高温の流体であり、従ってそのような改造に容易に利用しやすい。還流及び冷却用の液体酸素流202は、コールドボックス外で液体酸素ポンプ22の吐出管路に接続することにより容易に供給される。従って、希ガス回収系を取り付ける改造を最小限の初期資本投資で容易に利用することができる。
From this figure, it can also be readily seen that the present invention is suitable for incorporating a krypton and xenon recovery system with a simple modification to an existing pumped liquid oxygen air separation device.
図3は、図1と2に示した方法で使用するものと同様である粗製クリプトン及びキセノン回収塔36を示している。塔36は、任意的な塔底部分の段を省いている点で図1及び2の塔と異なる。
FIG. 3 shows a crude krypton and
塔36への主要な希ガス含有酸素原料は、少なくとも90%が気体である流れ308である。酸素原料は塔36において、流れ310として取り出される希ガスの減少した気体酸素塔頂生成物と、流れ320として取り出される希ガスを富化した液体酸素塔底液とに分離される。塔36は、この塔の塔頂部へ供給される液体酸素の流れ304によって還流される。液体酸素還流の流れ304の流量は、塔頂蒸気でのキセノンの、及び特により揮発性であるクリプトンの、損失を決定する。液体酸素還流/原料気体酸素流量の選定が液対蒸気(L/V)流量比を決定する。
The main noble gas-containing oxygen feed to
図3においては、流れ304は一般にポンプ移送液体酸素の一部分であり、それにより原料気体酸素流308と同じクリプトン及びキセノン濃度を持つ、ということに注目すべきである。従って、塔頂気体酸素流310は液体酸素流304と平衡になって、そのためいくらかのクリプトンとキセノンを含有する。塔頂ガスのうちの一部分を適当な冷媒で凝縮させて還流として塔へ戻し、随意に少量部分を希ガスの減少した液体酸素製品として抜き出す塔のコンデンサーを使用して、流れ304の代用としあるいはこれを補うことは、本発明の範囲内である。
In FIG. 3, it should be noted that
図3は単一の塔部分のみを示しているが、随意に、供給原料308とリボイラー38との間に下方部分があってもよい。そのような追加の塔部分は、塔底製品中のクリプトンとキセノンを濃縮する助けとなる。
Although FIG. 3 shows only a single tower portion, there may optionally be a lower portion between the
加熱用流体、例えば圧縮原料空気、の流れ332は、リボイラー38において塔36の液溜めの希ガスを富化した沸騰する液により凝縮されて、凝縮した加熱用流体流334をもたらす。原料流308が十分に過熱されているならば、リボイラー38はなくしてもよいということに注目すべきである。この場合、原料流の過熱を減らすのに必要な寒冷は、塔内の降下してくる液体酸素を流れ320だけが残るように気化させることにより提供される。
A
図4は、リボイラー44を介し低圧塔42と熱的に合体された高圧塔40を含む粗製希ガス回収系を示している。少なくとも0.9の蒸気クオリティーを有しそして大気よりも多くのクリプトンとキセノンを含有している酸素原料流400が、高圧塔40の下方部分に供給される。理想的には、原料流400は気体の状態にある。
FIG. 4 shows a crude noble gas recovery system that includes a
高圧塔40では、希ガスの減少した塔頂蒸気と希ガスを富化した塔底液とへの分離がなされる。富化塔底液は流れ404として抜き出されて、低圧塔42の下方帯域へ供給され、そしてそこで、流れ408として取り出され必要ならば更に処理されて精製したクリプトン及び/又はキセノン製品を提供する希ガスの減少した製品と、流れ406として取り出される希ガスを富化した塔頂蒸気とに分離される。高圧塔40からの塔頂蒸気はリボイラー44において希ガスの減少した沸騰する生成物との熱交換で少なくとも部分的に凝縮されて、少なくとも部分的に凝縮した塔頂生成物を提供する。この凝縮した塔頂生成物のうちの一部分は高圧塔40のための還流として使用され、そして残りは低圧塔42へ流れ402の還流として供給される。流れ402のうちの一部分は、随意に、流れ412でもって希ガスの減少した液体酸素製品として抜き出すことができる。
In the high-
一般的に、流れ402の流量はリボイラー44から出ていく流量のおよそ半分であり、そのため両方の塔におけるL/V比は同様である。このL/V比は、好ましいとされるように酸素原料流が全部蒸気である場合に、約0.5となる。L/V比が大きくなればなるほど、この塔系からキセノン及び特にクリプトンが逃げ出していくのが困難になる。
Generally, the flow rate of
2つの塔の圧力差は、リボイラーの両側の流体の組成が同様であるため、小さくなる傾向がある。従って、高圧塔40から低圧塔42への液の移送について検討すべき問題がある。この移送を行うのに1以上のポンプが必要とされることがある。あるいは、気体酸素の蒸気を移送管路へ投入し、それにより「ベーパーリフト」を利用して液の移送を行ってもよい。
The pressure difference between the two towers tends to be small because the fluid composition on both sides of the reboiler is similar. Therefore, there is a problem to be considered regarding the liquid transfer from the
塔は、高圧塔40より上に位置する低圧塔42を積み重ねて示されている。とは言え、本発明は、2つの塔が並んだ構成にも、あるいは高圧塔40が低圧塔42の上に積み重ねられていたとしても、適用される。
The tower is shown as a stack of low pressure towers 42 located above the
図4に示された方法は、塔40と42において単一の塔部分のみを使用しているが、随意に、2以上の部分があってもよい。例えば、低圧塔42には供給原料404とリボイラー44との間に、塔底生成物中のクリプトンとキセノンの濃縮の助けとなる下方部分があってもよい。
The method shown in FIG. 4 uses only a single tower section in
上述の基本構成について利用できる0.5という塔のおよそのL/V比は、クリプトンとキセノンの所望の回収率を達成するのに必要であるよりも高くなることができる。粗製物回収系への酸素蒸気原料400の一部分が低圧塔42の下方帯域へ随意の流れ401として直接送り込まれる場合には、それよりも低いL/V比となろう。低圧塔の気体酸素原料流401の流量が大きくなればなるほど、塔のL/V比は小さくなる。
The approximate L / V ratio of 0.5 that can be used for the basic configuration described above can be higher than necessary to achieve the desired recovery of krypton and xenon. If a portion of the
図1に示したような、ポンプ移送液体酸素空気分離装置の場合、ポンプ移送される酸素は標準的に、主交換器において単一の圧力で気化される。とは言え、ポンプ移送される液体酸素を2つの流れに分け、そして2つの流れを、動力費を最小限にするためわずかに異なる圧力で気化させることが可能である。このような構成は、圧縮空気は所定の温度範囲にわたって凝縮する(それがガスの混合物であるため)という事実を利用する。通常、顧客はわずかに異なる2つの圧力の酸素製品を必要とはしないので、この可能性を利用しようとする誘因は存在しない。ところが、そのような可能性は、気体酸素原料401の一部分をわずかに低い圧力で供給することができる図4の方法に理想的に適合する。従って、図4に示した方法は、任意的な流れ401の流量と原料流400のクオリティー及び/又は過熱に応じて、最高で約0.5までの任意の塔L/V比をもたらすことができる。
In the case of a pumped liquid oxygen air separation device as shown in FIG. 1, the pumped oxygen is typically vaporized at a single pressure in the main exchanger. However, it is possible to split the pumped liquid oxygen into two streams and vaporize the two streams at slightly different pressures to minimize power costs. Such a configuration takes advantage of the fact that compressed air condenses over a given temperature range (because it is a mixture of gases). There is usually no incentive to take advantage of this possibility, as customers usually do not need two slightly different pressure oxygen products. However, such a possibility is ideally suited to the method of FIG. 4 where a portion of the
塔の回収系のための寒冷は液体酸素原料流を利用して最も容易に供給されるが、外部からの冷媒を使って粗製物回収系からの適当な流れと熱交換してもよい。液体酸素の冷媒流は一般に主空気分離装置からのポンプ移送される液体酸素流の一部分であり、粗製物回収塔系の任意の箇所へ送り込むことができる。とは言え、最も有用な構成は、液体酸素冷媒を高圧塔40の塔頂部へ流れ410のこの塔のための還流として供給し、それにより低圧塔42への還流の流れ402の流量を増加するのを可能にするものである。
Chill for the tower recovery system is most easily supplied using a liquid oxygen feed stream, but may be heat exchanged with an appropriate stream from the crude recovery system using an external refrigerant. The liquid oxygen refrigerant stream is generally part of the liquid oxygen stream pumped from the main air separation unit and can be sent to any location in the crude product recovery tower system. Nonetheless, the most useful configuration provides liquid oxygen refrigerant to the top of the
図4に示した構成の重要な利点は、それが液体酸素及び気体酸素のための接続を必要とするだけであり、従って相互に接続する数が少なくなるため既存のポンプ移送液体酸素空気分離装置を改造するのにとても適していることである。 An important advantage of the arrangement shown in FIG. 4 is that it only requires connections for liquid oxygen and gaseous oxygen, and therefore reduces the number of connections to each other, so existing pumped liquid oxygen air separation devices. It is very suitable for remodeling.
図5は、図4に示したものと同様の構成を示しており、それゆえ図5では図4のものと一致するものを表すのに同じ番号を使用している。図5の構成には、高圧塔40のためのリボイラー46がある。加熱用流体の流れ420を使って高圧塔40内の希ガスの減少した塔底液を沸騰させて、それにより凝縮した加熱用流体流422を生じさせる。例えば、流れ420の加熱用流体は、主空気分離装置でポンプ移送液体酸素を気化させるのに用いられる圧縮空気のうちの一部分でよい。この外部からの熱が粗製物回収塔系に加えられるので、図4の方法と比較して付加的な寒冷が必要とされる。この付加的な寒冷を提供する一番簡単な方法は、液体酸素冷媒流410の流量を増加させることによる。流れ410は高圧塔40のための還流として使用するとして示されているが、これに代えてそれを低圧塔42のための還流として使用してもよい。この付加的な寒冷は低圧塔42のためのコンデンサーにおいて外部からの寒冷を利用して供給することもできる。
FIG. 5 shows a configuration similar to that shown in FIG. 4, and therefore the same numbers are used in FIG. 5 to represent those that are identical to those in FIG. In the configuration of FIG. 5, there is a
図4における塔のL/V比はおよそ0.5に制限されている。ところが、図5の方法におけるリボイラー46の使用は、主にリボイラー46の負荷に応じて、より大きなL/V比をもたらすことができる。そのような高いL/V比を使用して、塔の運転圧力が非常に高い場合にクリプトンの回収率を改善することができる。
The column L / V ratio in FIG. 4 is limited to approximately 0.5. However, the use of the
図6は、高圧塔60、中圧塔62及び低圧塔66を含む粗製物回収系の構成を示している。リボイラー64が塔60と62を熱的に合体させ、リボイラー68が塔62と66を熱的に合体させている。
FIG. 6 shows a configuration of a crude product recovery system including a
大気中におけるよりも高い濃度のクリプトンとキセノンを含有している酸素原料流600が、高圧塔60の下方部分へ供給される。流れ600は、蒸気クオリティーが少なくとも0.9であり、理想的には気体の状態にある。高圧塔60では、第一の希ガスの減少した塔頂蒸気と、中圧塔62の下方の帯域へ原料流604として送られる第一の希ガスを富化した塔底液とへの分離が行われる。高圧塔60からの塔頂蒸気はリボイラー64で凝縮される。その結果得られる凝縮流のうちの一部分を高圧塔60のための還流として使用し、残りの部分は低圧塔66へ流れ602の還流として供給される(随意に、この流れの全部又は一部分を中圧塔62へ還流として送ってもよいが)。流れ602のうちの一部分は随意に希ガスの減少した液体酸素製品として抜き出すことができる。
An
中圧塔62では、第二の希ガスの減少した塔頂蒸気と、低圧塔66へ原料流606として供給される第二の希ガスを富化した塔底液とへの分離が行われる。中圧塔62からの第二の希ガスの減少した塔頂蒸気はリボイラー68で凝縮される。その結果得られる凝縮流のうちの一部分を中圧塔62のための還流として使用し、残りの部分は低圧塔66へ流れ608の還流として供給される。流れ608のうちの一部分は随意に希ガスの減少した液体酸素製品流612として抜き出すことができる。
In the
低圧塔66では、製品流610として取り出される希ガスの減少した蒸気と、流れ620として抜き出されて既知の方法により更に精製することができる希ガスを富化した液体製品とへの分離が行われる。この塔系のための寒冷は、この塔系へ液体酸素流を、例えば高圧塔60の塔頂部への流れ630として、投入することにより供給することができる。
The
一般的に、各リボイラーで凝縮する蒸気の三分の一を流れ602及び608でもって低圧塔66へ還流として送り、それにより3つの塔のおのおのにおいてL/V比をおよそ0.67にする。クリプトンの損失を防ぐためそのような高いL/V比を必要とするためには、塔の運転圧力が高くなければならず、例えば約30barより高くなければならない。3つの塔の間の圧力差は、各リボイラーについてそれぞれの側の流体組成が同様であるので、小さくなる傾向がある。従って、塔間の液の移送について検討すべき問題が起こり得る。ポンプを使用しあるいは液の移送管路に気体酸素の蒸気を導入(ベーパーリフトの実現のため)することが、液の移送を果たすのに必要であることを検証することができる。
In general, one third of the vapor condensing in each reboiler is sent as reflux to
これらの塔は、高圧塔60より上にある中圧塔62より上に低圧塔66を積み重ねて示されている。とは言え、本発明は、塔を並べた構成にも、あるいは違うふうに積み重ね、高圧塔60が低圧塔66より上に積み重ねられるとしても、適用される。
These columns are shown with a
図7に示した構成は、同じ圧力で運転する2つの塔70と72を含む粗製物回収系である。リボイラー74が塔72の下方の帯域に位置している。この構成は、各塔において希ガスを含有している主要酸素原料の一部のみ(一般には半分)を処理することによって、図3の塔の直径をどのように低下させることができるのかを説明する。少なくとも主として気体である酸素原料700を2つの塔の間で分割する。気体酸素流702は塔70の下方の帯域へ供給され、そこで還流液体酸素流720と接触して、流れ704として取り出される希ガスの減少した気体酸素と、流れ722として取り出される希ガスを富化した塔底液とを生じさせる。酸素原料流700のうちの残りの部分は塔72の下方の帯域へ流れ706として供給される。塔72のための還流は、流れ722として希ガスを富化した液により、及び/又は液体酸素流726(これは酸素原料流720の一部であってもよい)により、供給することができる。塔72のための塔頂の還流として使用するのでなく、流れ722は流れ724により示したように塔72の下方の帯域へ送ってもよい。
The configuration shown in FIG. 7 is a crude product recovery system that includes two
塔72には、主空気分離装置でポンプ移送液体酸素を気化するのに使用される圧縮空気のうちの一部分であることができる加熱用流体730、732により運転されるリボイラー74がある。塔72では、流れ708として取り出され希ガスの減少した流れ704と一緒になって精製された酸素流710を提供する希ガスの減少した気体酸素と、流れ728として取り出されて既知の方法により更に精製することができる希ガスを富化した製品とへの分離が行われる。
In
塔70と72は、図示のように積み重ねた塔ではなく別個の塔であってもよい。リボイラー74は塔系の外部に、ことによってはそれ自身の容器内に、あってもよい。塔70がそれ自身のリボイラーを備えていてもよく、この場合には塔70からの希ガスを富化した製品の流れ722を塔72からの希ガスを富化した製品の流れ728と一緒にしてもよい。塔70と72のいずれか又は両方が2以上の接触部を持ってもよく、例えば原料流706より下方に塔72の下方段部分があってもよい。
各塔で蒸気原料の半分を処理することによって、塔の断面は図3におけるそれと比べて半分になる。 By treating half of the steam feed in each column, the cross section of the column is halved compared to that in FIG.
図8に示した態様は、熱交換器80とリボイラー84を含む粗製物回収系である。交換器80は主に、洗浄処理用気体酸素の蒸気を降下してくる液体酸素と接触させて希ガスを富化した塔底液を生じさせるためのデフレグメーターとして機能する。少なくとも90%が蒸気である、主酸素原料流800が、交換器80の直立管(スタンドパイプ)部80へ供給されて、交換器の通路を上方へ進む。それはこの交換器で冷媒流830、832を用いた熱移動により部分的に凝縮され、凝縮物が同じ交換器の通路内の洗浄処理用気体酸素と逆方向に下方へ移動する。従って酸素通路においてデフレグメーション作用が起きる。洗浄処理用気体酸素と接触する液体酸素は、流れ802として取り出される希ガスの減少した気体酸素の塔頂生成物と、流れ804として取り出される希ガスを富化した液体酸素塔底液とに分離する。
The embodiment shown in FIG. 8 is a crude product recovery system including a
塔底液のうちの一部分808は、図示のように、加熱用流体(これは主空気分離装置においてポンプ移送液体酸素を沸騰させるのに用いられる増圧した空気流の一部であってもよい)の流れ820と熱交換しそれにより凝縮流822を生じさせて、リボイラー84において再沸させることができる。再沸した流れ810(これは二相であってもよくあるいは全て蒸気であってもよい)は直立官82へ戻される。残りの塔底液806は、製品として抜き出すことができ、また既知の方法により更に精製することができる。酸素原料流800が過熱されている場合には、原料の過熱を減らすことで降下液の一部を気化させるための熱がまかなわれるので、リボイラー84を省いてもよい。
A
冷媒流830、832は、交換器80の全長にわたって洗浄処理用気体酸素と熱移動を行う必要はない。実際のところ、この熱交換は、図示のように熱交換器80の上方帯域でのみ行って、それにより熱交換をもっと長い帯域にわたり行う場合と比べて交換器の上方帯域でより高いL/V比を得るのが好ましい。このより高いL/V比は、上部生成物のガスの流れ802でのクリプトンとキセノンの損失を減らす。冷媒流830との熱交換を交換器の上方帯域のみで行う場合には、交換器80の下方の帯域は交換器80の断熱部を形成してもよい。この部分では熱の移動がないけれども、それでもなお液体酸素と気体酸素との接触による分離は起きる。
The refrigerant streams 830 and 832 do not need to perform heat transfer with the cleaning gas oxygen over the entire length of the
交換器80の上方帯域の気体酸素の通路へ液体酸素を投入することによって、冷媒の負荷の代用としあるいはそれを補うことが可能である。この代用又は補給を行ういくつかの方法が知られている。
By introducing liquid oxygen into the gaseous oxygen passage in the upper zone of the
図8では、気体の上部生成物の流れ802は冷媒流830による部分的凝縮を受けたばかりであるので、それは交換器80を飽和蒸気として出てゆく。流れ802は一般に、別の交換器で冷却する流体との熱交換により周囲温度まで加温される。この追加の交換器は、交換器80の上方帯域として組み込んでもよい。
In FIG. 8, because the gaseous
図9に示した構成は図8の構成と同様であり、従って図9で使用している同じ番号は図8のものに対応するものを示している。図9では、図8のリボイラー84を交換器80の下方の帯域に組み込んでおり、また精製した気体酸素製品を加熱用流体の流れ840、842で加温する上方部分を交換器80に付け加えている。
The configuration shown in FIG. 9 is the same as the configuration of FIG. 8, and therefore the same numbers used in FIG. 9 indicate those corresponding to those of FIG. In FIG. 9, the
図10に示した態様は、吸着容器90を含む粗製物回収系である。気体酸素原料流900を吸着器を通過させ、精製された酸素製品が流れ902として出てくる。流れ900の温度は低温でも周囲温度でもよい。吸着器90内で、キセノン及び/又はクリプトンは1以上の吸着床92に吸着される。定期的に、吸着器を再生し吸着した希ガス成分を回収しなくてはならない。
The embodiment shown in FIG. 10 is a crude product recovery system including an
再生工程には、吸着容器90の圧抜きと、少量の再生ガス910(一般には窒素)を吸着器を通過させることが含まれる。再生出口流920は、吸着剤から脱着された、製品として抜き出されて既知の方法により更に精製することができる希ガス成分を富化されている。この再生の方法は圧力スイング吸着(PSA)としてよく知られている。
The regeneration process includes depressurization of the
吸着器90は、よく知られている温度スイング吸着(TSA)の方法で再生することもできる。再生流910は、このよく知られた再生方法のための脱着熱を供給するために、上流の加熱器で加熱されていてもよい。あるいは(又は更に)、容器90内のどこかに位置する加熱エレメントにより、又は吸着剤92により、供給してもよい。
The
図10は、単一の吸着容器90を示している。2つの(又はそれ以上の)容器を、例えば並列式に、使用して、原料流910から希ガス成分を連続式に吸着するのを可能にすることができる。
FIG. 10 shows a
随意に、上述の図のいずれにも、炭化水素、二酸化炭素又は亜酸化窒素を少なくとも部分的に除去するため、1以上の吸着器を含めることができる。そのような吸着器は、回収系への液体酸素又は気体酸素原料、又は中間製品、又は当該系の最終の気体酸素もしくは液体酸素流を処理するように運転することができる。 Optionally, any of the above figures can include one or more adsorbers to at least partially remove hydrocarbons, carbon dioxide, or nitrous oxide. Such adsorbers can be operated to treat liquid oxygen or gaseous oxygen feed to the recovery system, or intermediate product, or the final gaseous oxygen or liquid oxygen stream of the system.
本発明の例として、図1に示した方法のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、キセノンを富化した流れを回収し、クリプトンの回収は重要視しなかった。シミュレーションの結果を表1に示す。 As an example of the present invention, a simulation of the method shown in FIG. 1 was performed. In this simulation, a stream enriched in xenon was recovered, and recovery of krypton was not emphasized. The simulation results are shown in Table 1.
これらの結果は、運転圧力が非常に高く、また粗製物回収塔原料のキセノン濃度が低いにもかかわらず、高いキセノン回収率が得られることを示している。全酸素原料の15%を還流として使用している。全酸素原料のうちの残りの部分は、わずかに過熱した蒸気の形での主要塔原料である。クリプトンとキセノンの揮発性はより低い圧力ではより低くなり、これは還流液体酸素流量の必要量を減少させるのに貢献する。 These results indicate that a high xenon recovery rate can be obtained even though the operating pressure is very high and the xenon concentration of the crude product recovery column raw material is low. 15% of the total oxygen feed is used as reflux. The remaining portion of the total oxygen feed is the main tower feed in the form of a slightly superheated steam. The volatility of krypton and xenon is lower at lower pressures, which contributes to reducing the required reflux liquid oxygen flow rate.
この明細書を通して、ある機能を果たすための手段に関連しての「手段」なる用語は、その機能を果たすのに適合し及び/又は果たすために構成された少なくとも1つの装置を指すことを意図するものである。 Throughout this specification, the term “means” in relation to means for performing a function is intended to refer to at least one device adapted and / or configured to perform that function. To do.
本発明は、好ましい態様に関連して先に説明した詳細に限定されるものでなく、特許請求の範囲により明示される本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに多くの改変や変更を行うことができるということが理解されよう。 The present invention is not limited to the details described above in connection with the preferred embodiments, but numerous modifications and changes are made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the claims. It will be understood that it can.
10 低圧塔
12、22 液体酸素ポンプ
14、24 熱交換器
16 粗製希ガス回収塔
18、28、38、44、46、64、68、74、84 リボイラー
20 コールドボックス
26 粗製物蒸留塔
36 粗製クリプトン及びキセノン回収塔
40、60 高圧塔
42、66 低圧塔
62 中圧塔
70、72 塔
80 熱交換器
90 吸着容器
92 吸着床
268 圧縮機
10
Claims (54)
前記混合物又はそれに由来する混合物を希ガス回収系へ供給すること、及び
この希ガス回収系において当該混合物の原料を分離して希ガスの減少した気体酸素(GOX)と希ガスを富化した製品とにすること、
を含む方法であって、当該混合物の少なくとも約50モル%を当該希ガス回収系へ気相でもって供給し、但し当該混合物原料を選択的な吸着により分離する場合には、当該混合物原料中のキセノンの濃度は空気中におけるキセノンの濃度の50倍以下であることを特徴とする希ガス回収方法。 A method for recovering at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon from a mixture containing oxygen and at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon,
Supplying the mixture or a mixture derived therefrom to a rare gas recovery system, and separating the raw material of the mixture in the rare gas recovery system to enrich the rare gas-reduced gaseous oxygen (GOX) and the rare gas To do,
In which at least about 50 mol% of the mixture is supplied to the noble gas recovery system in the gas phase, provided that the mixture raw material is separated by selective adsorption. A rare gas recovery method, wherein the concentration of xenon is 50 times or less the concentration of xenon in air.
この液体酸素のうちの少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素を提供すること、及び
この昇圧液体酸素のうちの少なくとも一部分を少なくとも部分的に気化させて前記混合物原料を提供すること、
を更に含む、請求項1記載の方法。 Separating the raw air in a cryogenic air separation unit (ASU) to form a nitrogen-rich top vapor and liquid oxygen (LOX);
Pressurizing at least a portion of the liquid oxygen to provide pressurized liquid oxygen; and at least partially evaporating at least a portion of the pressurized liquid oxygen to provide the mixture raw material;
The method of claim 1, further comprising:
当該空気分離装置から液体酸素の流れを取り出すこと、
この液体酸素の流れの少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素の流れを作ること、
この昇圧液体酸素の流れを主要な部分と副次的な部分とに分けること、
当該主要な部分を少なくとも部分的に気化させて前記混合物を提供すること、及び
液体酸素の当該副次的な部分を前記蒸留系へ還流として供給すること、
を更に含む、請求項18記載の方法。 Separating raw air into nitrogen-rich overhead vapor and liquid oxygen in a low-temperature air separator;
Removing a flow of liquid oxygen from the air separation device;
Pressurizing at least a portion of this liquid oxygen stream to create a pressurized liquid oxygen stream;
Dividing this flow of pressurized liquid oxygen into a main part and a secondary part,
Providing the mixture by at least partially vaporizing the major portion, and feeding the secondary portion of liquid oxygen as reflux to the distillation system;
The method of claim 18, further comprising:
当該空気分離装置から液体酸素の流れを取り出すこと、
この液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素の流れを作ること、
この昇圧液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を少なくとも部分的に気化させて前記混合物を提供すること、
前記希ガスの減少した気体酸素塔頂蒸気のうちの少なくとも一部分を冷媒との間接熱交換により凝縮させて凝縮した塔頂生成物を作ること、及び
この凝縮した塔頂生成物のうちの少なくとも一部分を前記蒸留系へ還流として供給すること、
を更に含む、請求項18記載の方法。 Separating raw air into nitrogen-rich overhead vapor and liquid oxygen in a low-temperature air separator;
Removing a flow of liquid oxygen from the air separation device;
Pressurizing at least a portion of the liquid oxygen stream to create a pressurized liquid oxygen stream;
At least partially evaporating at least a portion of the pressurized liquid oxygen stream to provide the mixture;
Condensing at least a portion of the reduced gaseous oxygen overhead vapor of the noble gas by indirect heat exchange with a refrigerant to produce a condensed overhead product, and at least a portion of the condensed overhead product To the distillation system as reflux,
The method of claim 18, further comprising:
前記混合物を当該高圧塔へ供給して、そこでそれを希ガスの減少した塔頂蒸気と希ガスを富化した塔底液とに分離すること、
希ガスを富化した塔底液を、前記希ガスの減少した気体酸素と前記希ガスを富化した製品とへの分離のために圧力を調節後前記低圧塔へ供給すること、
希ガスの減少した塔頂蒸気を希ガスを富化した製品との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した希ガスの減少した塔頂生成物を作ること、
この少なくとも部分的に凝縮した希ガスの減少した塔頂生成物のうちの少なくとも一部分を前記高圧塔へ還流として供給すること、及び
当該高圧塔からの又はそれに由来する液を前記低圧塔へ還流として供給すること、
を含む、請求項18記載の方法。 The distillation system comprises at least a high pressure (HP) distillation column and a low pressure (LP) distillation column, wherein the high pressure and low pressure columns are thermally combined by a reboiler / condenser;
Feeding the mixture to the high pressure column, where it is separated into a noble gas reduced overhead vapor and a noble gas enriched bottom liquid;
Supplying the bottom liquid enriched with a rare gas to the low-pressure column after adjusting the pressure for separation of the rare gas-reduced gaseous oxygen and the rare gas-enriched product;
Condensing at least partially condensed noble gas overhead vapor by indirect heat exchange with a noble gas enriched product to produce at least partially condensed noble gas reduced overhead product;
Supplying at least a portion of the reduced overhead product of the at least partially condensed noble gas to the high pressure column as reflux and liquid from or originating from the high pressure column as reflux to the low pressure column. Supplying,
The method of claim 18 comprising:
前記混合物を前記高圧塔へ供給し、そこでそれを分離して第一の希ガスの減少した塔頂蒸気と第一の希ガスを富化した塔底液にすること、
第一の希ガスを富化した塔底液を、第二の希ガスの減少した塔頂蒸気と第二の希ガスを富化した塔底液とに分離のため圧力を調節後前記中圧塔へ供給すること、
第一の希ガスの減少した塔頂蒸気を第二の希ガスを富化した塔底液との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した第一の希ガスの減少した塔頂蒸気を作ること、
この少なくとも部分的に凝縮した第一の希ガスの減少した塔頂蒸気のうちの少なくとも一部分を前記高圧塔へ還流として供給すること、
前記高圧塔からの又はそれに由来する液を前記低圧塔及び前記中圧塔から選ばれる少なくとも一方の塔へ還流として供給すること、
第二の希ガスを富化した塔底液を前記希ガスの減少した気体酸素と前記希ガスを富化した製品とに分離のため前記低圧塔へ供給すること、
第二の希ガスの減少した塔頂蒸気を前記希ガスを富化した製品との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも部分的に凝縮した第二の希ガスの減少した塔頂蒸気を作ること、
この少なくとも部分的に凝縮した第二の希ガスの減少した塔頂蒸気のうちの少なくとも一部分を前記中圧塔へ還流として供給すること、及び
当該中圧塔からの又はそれに由来する液を前記低圧塔へ還流として供給すること、
を含む、請求項18記載の方法。 The distillation system includes at least a high pressure (HP) distillation column, an intermediate pressure (MP) distillation column, and a low pressure (LP) distillation column, the high pressure and intermediate pressure columns being thermally passed through a first reboiler / condenser. And the intermediate and low pressure columns are thermally combined via a second reboiler / condenser, the method comprising:
Feeding the mixture to the high pressure column where it is separated into a first noble gas reduced overhead vapor and a first noble gas enriched bottom liquid;
The intermediate pressure is adjusted after the pressure is adjusted to separate the bottom liquid enriched with the first rare gas into the top vapor reduced in the second rare gas and the bottom liquid enriched in the second rare gas. Feeding to the tower,
Reduction of the first noble gas at least partially condensed by at least partially condensing the reduced top vapor of the first noble gas with indirect heat exchange with the bottom liquid enriched with the second noble gas. Make the top steam,
Supplying at least a portion of the reduced overhead vapor of the at least partially condensed first noble gas to the high pressure column as reflux;
Supplying the liquid from or derived from the high pressure column as reflux to at least one column selected from the low pressure column and the intermediate pressure column;
Supplying the bottom liquid enriched with a second rare gas to the low pressure column for separation into gaseous oxygen depleted in the rare gas and product enriched in the rare gas;
The second noble gas reduced overhead vapor is at least partially condensed by at least partially condensing the second noble gas reduced overhead vapor by indirect heat exchange with the noble gas enriched product. Making,
Supplying at least a portion of the reduced overhead vapor of the at least partially condensed second noble gas to the intermediate pressure column as reflux, and liquid from or derived from the intermediate pressure column to the low pressure Feeding as reflux to the tower,
The method of claim 18 comprising:
前記混合物を希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とへの分離のため前記第一の塔へ供給すること、
前記混合物を希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とへの分離のため前記第二の塔へ供給すること、
前記第一の塔へ液体酸素を還流として供給すること、及び
前記第一の塔からの希ガスを富化した製品及び液体酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の液を前記第二の塔へ還流として供給すること、
を含む、請求項18記載の方法。 The distillation system includes at least a first distillation column and a second distillation column, the first and second columns are operated at the same pressure, and the method comprises:
Feeding the mixture to the first column for separation into noble gas depleted gaseous oxygen and noble gas enriched product;
Feeding the mixture to the second column for separation into noble gas depleted gaseous oxygen and noble gas enriched product;
Supplying liquid oxygen to the first column as reflux, and supplying at least one liquid selected from the group consisting of a product enriched with a rare gas from the first column and liquid oxygen to the second column Feeding as reflux to
The method of claim 18 comprising:
前記混合物を当該1つの又は各熱交換器の下部へ供給すること、
当該1つの又は各熱交換器の通路を上昇してくる前記混合物のうちの一部分を冷媒との間接熱交換により凝縮させて凝縮混合物を提供すること、及び
前記通路において上昇してくる混合物を降下してくる凝縮混合物と接触させて、デフレグメーションにより分離を行うこと、
を更に含む、請求項16記載の方法。 The gas-liquid contact separation system is at least one heat exchanger, and the method comprises:
Feeding the mixture to the bottom of the one or each heat exchanger;
Providing a condensed mixture by condensing a portion of the mixture rising through the passage of the one or each heat exchanger by indirect heat exchange with a refrigerant; and lowering the mixture rising up in the passage Separation by defragmentation in contact with the condensing mixture
The method of claim 16, further comprising:
原料空気を分離して窒素に富む塔頂蒸気と液体酸素とにするための低温空気分離装置、
当該液体酸素のうちの少なくとも一部分を昇圧して昇圧液体酸素を提供するための昇圧手段、
当該昇圧液体酸素のうちの少なくとも約50モル%を気化させて前記混合物を提供するための気化手段、及び
前記混合物を分離して希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とにするための希ガス回収系、
を含む希ガス回収装置。 According to claim 1, to recover at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon from a pressurized mixture containing oxygen and at least one rare gas selected from the group consisting of krypton and xenon. Equipment,
A low-temperature air separation device for separating the raw air into nitrogen-rich top vapor and liquid oxygen,
A boosting means for boosting at least a portion of the liquid oxygen to provide the boosted liquid oxygen;
Vaporization means for vaporizing at least about 50 mol% of the pressurized liquid oxygen to provide the mixture, and separating the mixture into gaseous oxygen with reduced rare gas and a product enriched with the rare gas Noble gas recovery system,
Noble gas recovery device.
当該第一の蒸留塔と同じ圧力で混合物を分離して希ガスの減少した気体酸素と希ガスを富化した製品とにするための第二の蒸留塔、
これらの蒸留塔のうちの少なくとも一方へ液体酸素を還流として供給するための管路手段、及び
第一の蒸留塔からの希ガスを富化した製品及び液体酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の液を前記第二の蒸留塔へ供給するための管路手段、
を更に含む、請求項47記載の装置。 A first distillation column for separating the mixture into a noble gas-reduced gaseous oxygen and a noble gas enriched product;
A second distillation column for separating the mixture at the same pressure as the first distillation column into a product enriched with rare gas-reduced gaseous oxygen and rare gas,
Pipe line means for supplying liquid oxygen as reflux to at least one of these distillation columns, and at least one selected from the group consisting of products enriched with noble gases from the first distillation column and liquid oxygen A conduit means for supplying the second liquid to the second distillation column,
48. The apparatus of claim 47, further comprising:
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